【正文】 低油耗和廢氣排放量、提高發(fā)動機功率都具有極其重要的意義，因此受到了各國的重視。由于陶瓷的脆性，復(fù)雜的制造技術(shù)和高成本，要使陶瓷活塞大規(guī)模地應(yīng)用于內(nèi)燃機，還需要做許多工作。活塞的陶瓷化大致有兩種方式，一種是采用陶瓷鑲塊，材料有鈦酸鋁和氧化鋯，以及反應(yīng)燒結(jié)氮化硅等，另一種方法是采用陶瓷涂層，常用材料為氧化鋯。活塞陶瓷化的主要優(yōu)點有：①可實現(xiàn)部分或全絕熱，從而取消冷卻系統(tǒng)并且回收廢氣能量以降低油耗；②降低高強化柴油機活塞的溫度，特別是環(huán)槽的溫度；③改善排放?；钊O(shè)計CAD化，發(fā)展活塞的溫度場、強度、剛度的有限元計算，以減輕活塞質(zhì)量、結(jié)構(gòu)合理化?；钊谠O(shè)計中應(yīng)減少銷座附近的壁厚，可減少疏松和縮孔，按有利于出模進行設(shè)計。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，降低活塞高度尺寸、減輕活塞重量。采用裙部表面硬質(zhì)陽極氧化處理，是較好的技術(shù)措施。提高活塞的高溫強度和熱穩(wěn)定性為適應(yīng)汽油機不斷強化的要求，必須不斷改善活塞材料的性能，選擇共晶或過共晶鋁合金和改善鑄造工藝，以獲得較好的高溫強度和熱穩(wěn)定性?；钊共康睦淅瓊Ｒ娪诎l(fā)動機的裝配試車和使用中，使活塞早期損傷造成試驗和使用中其他活塞故障?；钊母鞣N故障中占首位的故障是活塞過熱造成的故障。銷孔銷座故障：銷孔拉傷、擠壓變形，卡簧槽失效等屬此類型。裙部故障：活塞裙部產(chǎn)生拉傷、裂紋、非正常磨損屬此類型。由于活塞的工作條件十分嚴酷，活塞在發(fā)動機內(nèi)裝配、試驗、使用、維修中會產(chǎn)生各種故障，由于各種不同的原因，產(chǎn)生的故障現(xiàn)象也不一樣，其主要的故障類型如下：活塞頭部故障：凡活塞頭部產(chǎn)生燒損、裂紋、變形和穿孔均屬于頭部故障類型，此類故障均為活塞頭部溫度過高所致。活塞在發(fā)動機運轉(zhuǎn)中要隨燃燒室中產(chǎn)生的高溫，并將其一部分熱量通過活塞傳到氣缸等部件。關(guān)鍵詞：鋁合金活塞 鑄鐵活塞 鑄鋼活塞緒論：一、本課題的來源、目的及意義活塞是發(fā)動機作功的關(guān)鍵零件，通過活塞的往復(fù)運動，完成發(fā)動機的進氣、壓縮、膨脹作功和排氣過程。由于省去了大量的材料，整個活塞的質(zhì)量比目前鑲嵌耐熱奧氏體鑄鐵環(huán)槽的鋁合金活塞約輕30%，具有實際應(yīng)用價值。鑄鋼的機械強度高，耐熱性、耐蝕性以及耐磨性均優(yōu)于鋁合金和鑄鐵，具有高的彈性模量，優(yōu)良而穩(wěn)定的高溫性能和比較低的線膨脹系數(shù)等優(yōu)點，但缺點是密度大、加工麻煩、成本高，對缸套的磨損嚴重。與鋁合金相比，它有較低的熱膨脹系數(shù)及較高的高溫力學(xué)性能。為此，在一些大負荷的柴油機上，開始采用熱強度和耐磨性較高而線膨脹系數(shù)較低的鑄鐵活塞?，F(xiàn)代內(nèi)燃機尤其是柴油機，為了大幅度地提高其熱效率，增壓程度不斷地提高，這使得氣缸內(nèi)部的熱負荷明顯增大。此外，質(zhì)量較低的鋁合金活塞運動時，對缸壁的側(cè)壓力和沖擊力也較小，這樣可以減小活塞組與缸壁以及活塞銷的摩擦力，并降低它們的磨損量。在同樣強度的情況下，它比鋼鐵材料輕許多。設(shè)計過程中存在問題在所難免，請各位老師指出?？傊ㄟ^這次設(shè)計，又讓我領(lǐng)略到掌握知識與運用知識的重要性。在此過程中認真查尋資料，做出設(shè)計每步均有根據(jù)確鑿可信、滿足所要求的技術(shù)條件。設(shè)計階段：此階段主在是對所搜集的技術(shù)資料來整理畫出正視零件工作圖。同時了解其功能及加工該零件所采用的方法、加工要求和所使用的機器型號、夾具、量具和刀具。通過工裝設(shè)計全面了解機械加工車間的生產(chǎn)過程。河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文題目：活塞的設(shè)計班 級：姓 名：專 業(yè)：機械制造與設(shè)計指導(dǎo)教師：答辯日期：年 月 日編者的話 本次的設(shè)計是在我們學(xué)完了機械制造專業(yè)兩年的全部課程之后，一次知識能力綜合訓(xùn)練，也是一次全部而且全面性的針對學(xué)生所學(xué)知識的檢查，通過此次設(shè)計，可以把以前所學(xué)的專業(yè)知識和基礎(chǔ)知識有機地結(jié)合起來，以達到全面能力培養(yǎng)的目的。該次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是零件——活塞的工藝設(shè)計及有關(guān)夾具設(shè)計。本次設(shè)計分二個階段： 準備階段：通過去實習(xí)工廠考查和學(xué)習(xí)，實際調(diào)研主要了解零件加工的工藝過程，收集有關(guān)軸承座的技術(shù)資料。通過調(diào)研對零件基本上有一個完整的認識，并達到預(yù)期的目的。重新編制工藝過程，并設(shè)計各工序步驟中所采用的夾具。在較短的時間內(nèi)圓滿完成學(xué)校下達的任務(wù)。由于設(shè)計任務(wù)較繁重、時間倉促、資料不全、本人水平有限。摘要鋁合金的突出優(yōu)點是密度小，可大大減少活塞的質(zhì)量及往復(fù)運動的慣性力，因此鋁合金活塞常常應(yīng)用于中、小缸徑的中、高速內(nèi)燃機上，尤其以汽車發(fā)動機中居多。因此，采用鋁合金制作的活塞工作過程中產(chǎn)生的慣性小，對高速內(nèi)燃機的減振和降低內(nèi)燃機的比質(zhì)量有著重要的意義。鋁合金的另外一個優(yōu)點是導(dǎo)熱性好，工作時，活塞表面溫度比鑄鐵的低，而且活塞頂部的積炭也較少。這使鋁合金活塞本身所固有的熱強度不高、線膨脹系數(shù)較大的缺點越來越嚴重，鋁合金活塞在柴油機上的使用范圍受到明顯的限制。鑄鐵的密度約為鋁合金的3倍?；钊亓康脑黾又辽倏梢圆糠盅a償為鑄鐵活塞顯著提高的熱強度，熱強度的提高可以容許更小的截面積。為使活塞質(zhì)量更輕，通常將鋼制活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計得十分復(fù)雜，活塞體斷面很薄。制造工藝上，需要設(shè)計好鑄造工藝，以使得活塞體中較薄的截面都能準確鑄成且成品率較高，同時變形小。它是承受發(fā)動機燃燒室點火燃燒產(chǎn)生爆發(fā)力的主要零件，同時還需要承受自身和其他運動件的慣性力?；钊€是一個密封導(dǎo)向的零件，密封燃氣，保持活塞和氣缸之間的潤滑，防止竄機油。摩托車用的二沖程汽油機因熱負荷較高，產(chǎn)生本類型故障的機率較多。本類型故障原因有多種因素，是常見的故障類型。環(huán)岸環(huán)槽故障：環(huán)岸、環(huán)槽裂紋、燒損、拉傷變形屬此類型，一般也是溫度過高所致?；钊诎l(fā)動機中連續(xù)受高溫火焰的沖刷，活塞頂部中心的溫度可達到300℃～320℃，若活塞的熱量不能及時由活塞環(huán)和活塞裙部散出，頂部溫度超過350℃時，頂部熱變形加大，熱強度下降，使頂部產(chǎn)生變形、裂紋、甚至穿孔，環(huán)岸部分也會拉傷，甚至銷孔也會產(chǎn)生拉傷。氣缸間隙不當，活塞外型線不合適，活塞熱穩(wěn)定性不良均會造成裙部位傷。提高活塞表面抗咬合能力和耐磨性，這是防止活塞早期損傷和提高使用壽命的關(guān)鍵。氧化層是多孔型的，有利于儲油、潤滑。活塞是一薄壁彈性圓筒零件，～，減輕重量可減少活塞的慣性力，可提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速。若有條件采用液體鍛造技術(shù)時，可大大提高活塞的材料性能。新型材料和其它新工藝在活塞的應(yīng)用二、課題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀陶瓷是用于汽車發(fā)動機上的新材料，具有質(zhì)量輕、耐磨、絕熱性好、高溫強度大等優(yōu)點。全陶瓷活塞目前還無成功的應(yīng)用實例，但組合式陶瓷活塞已在特種發(fā)動機上得到了一定的應(yīng)用。據(jù)報道日本已開發(fā)出陶瓷涂層和雙層陶瓷結(jié)構(gòu)活塞，美國福待公司等還試驗過全陶瓷活塞，取消了活塞環(huán)與陶瓷氣缸套配對在無潤滑條件下工作?！　∫暂p金屬為基體的復(fù)合材料除了具有基體金屬的性能外，還具有更突出的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在復(fù)合材料重量輕、動載荷小、耐磨性好，與基體合金相比其高溫強度和抗熱疲勞性能明顯提高，并具有較低的線膨脹系數(shù)。自二十世紀六十年代開始，世界各國都對輕金屬基復(fù)合材料進行了廣泛的研究，并取得了可喜的成果。為滿足高速發(fā)動機的需要，上世紀70年代末，日本ArtMetal公司和豐田汽車公司著手研制氧化鋁短纖維局部增強鋁活塞，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通鋁活塞。經(jīng)氧化鋁短纖維增強后，活塞環(huán)槽區(qū)的耐磨性明顯改善，高溫強度、熱穩(wěn)定性明顯提高，抗咬合性和導(dǎo)熱性好，而且膨脹系數(shù)比普通鋁活塞低8%—15%，可減小汽缸間隙，降低噪聲水平。ArtMetal公司安裝了專門加工這種活塞